تأثیر ریزساختارها بر پاسخ گرانیتوئید‌ها به شوک حرارتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری زمین شناسی مهندسی . گروه زمین شناسی ، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بوعلی سینا، همدان. ایران

2 عضو هیئت علمی دانشگاه بوعلی سینا

3 عضو هیات علمی، دانشگاه بوعلی سینا

4 هیات علمی گروه زمین شناسی دانشگاه بوعلی سینا

5 استادیار گروه زمین شناسی ، دانشکده علوم، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران.

چکیده

سنگ‌های گرانیتوئیدی کاربرد وسیعی در بسیاری از پروژه های عمرانی داشته و بررسی ریزترک‌های موجود و یا القاء شده در آن‌ها موضوع پژوهش‌های متعددی بوده است. از آنجایی که ویژگی‌های حرارتی یک سنگ متأثر از ویژگی های حرارتی تمام کانی‌های تشکیل دهنده سنگ است، بررسی مقاطع میکروسکپی برآیند آن‌ها را به‌صورت تشکیل ریزترک نشان می‌دهد. در این مطالعه، در سه نمونه گرانیتوئید درشت‌دانه با استفاده از حرارت در کوره و سپس شوک با آب سرد، القاء ریزترک انجام‌گرفته است. توسعه ریزترک‌ها در نمونه‌ها در حالت تازه و پس از شوک حرارتی در دماهای 250 و 450 و 650 و 850 درجه سانتی گراد با استفاده از نمونه‌هایماکروسکوپی مغزه، بررسی مقاطع نازک میکروسکپی، تصاویر SEM و اندازه‌گیری دانسیته ترک در سه جهت فضایی عمود بر هم در نمونه‌ها برآورد شد. بررسی مقاطع میکروسکپی نشان داد یکنواختی اندازه دانه‌ها و تنوع مرزها باعث عدم گسترش شبکه ریزترک می‌گردد. وجود برخی کانی‌ها مانند میکا و آمفیبول تأثیر خاص بر نحوه توسعه ترک‌ها دارند به نحوی که غالبا منشا یا پایان ریزترک هستند. بررسی دانسیته ترک نشان داد، انواع ریزترک‌ها (درونی و مرزی و سراسری) در نمونه‌های مختلف به شیوه متفاوتی توسعه می‌یابند که از سن مطلق سنگ نیز تأثیر می‌پذیرد. گرانیتوئید‌ها با میانگین اندازه ذرات 5 میلی‌متر مقاومت بهتری در برابر توسعه ترک داشتند. بافت میرمیکیتی باعث تسریع توسعه ریزترک‌های سراسری می‌گردد. کانی پلاژیوکلاز کمترین و کانی ارتوکلاز بیشترین تعداد ریزترک‌ها را پس از شوک حرارتی داشتند. در شوک‌های حرارتی 250 و 450 درجه توسعه ریزترک‌ها متأثر از تخلخل نیز می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


Alirezaei, S., Hassanzadeh, J., 2012. Geochemistry and zircon geochronology of the Permian A-type Hasanrobat granite, Sanandaj–Sirjan belt: A new record of the Gondwana break-up in Iran. Lithos 151, 122-134. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2011.11.015
Bauer, S.J., Johnson, B., 1979. Effects of slow uniform heating on the physical properties of the Westerly and Charcoal granites. 20th US symposium on rock mechanics (USRMS). OnePetro.
Benson, P.M., Thompson, B.D., Meredith, P.G., Vinciguerra, S., Young, R.P., 2007. Imaging slow failure in triaxially deformed Etna basalt using 3D acoustic‐emission location and X‐ray computed tomography. Geophysical Research Letters 34(3). https://doi.org/10.1029/2006GL028721
Browning, J., Meredith, P., Gudmundsson, A., 2016. Cooling‐dominated cracking in thermally stressed volcanic rocks. Geophysical Research Letters 43, 8417-8425.  https://doi.org/10.1002/2016GL070532
Browning, J., Meredith, P., Mitchell, T., Daoud, A., Karaoglu, O., Oskouei, S., Bayer, O., 2021. Microstructural Controls on Thermally-Induced Crack Damage in Rocks. AGU Fall Meeting Abstracts, pp. EP54B-02. 2021AGUFMEP54B.02B https://doi.org/10.1029/2020GL088693
Den'gina, N. I., Kazak, V.N., Pristash, V.V., 1993. Changes in rocks at high temperatures. Journal of mining science 29, 472-477. https://doi.org/10.1007/BF00733026
Dwivedi, R.D., Goel, R.K., Prasad, V.V.R., Sinha, A., 2008. Thermo-mechanical properties of Indian and other granites. International Journal of Rock mechanics and mining Sciences 45, 303-315. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2007.05.008
Feng, Z.J., Zhao, Y.S., Liu, D.N., 2021. Permeability evolution of thermally cracked granite with different grain sizes. Rock Mechanics and Rock Engineering 54, 1953-1967. https://doi.org/10.1007/s00603-020-02361-3
Fuchs, S., Förster, A., 2010. Rock thermal conductivity of Mesozoic geothermal aquifers in the Northeast German Basin. Geochemistry 70, 13-22. https://doi.org/10.1016/j.chemer.2010.05.010
Glover, P.W., Baud, P., Darot, M., Meredith, P., Boon, S.A., LeRavalec, M., Reuschlé, T., 1995. Alpha/beta phase transition in quartz monitored using acoustic emissions. Geophysical Journal International 120, 775-782. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1995.tb01852.x
Görgülü, K., Durutürk, Y.S., Demirci, A., Poyraz, B., 2008. Influences of uniaxial stress and moisture content on the thermal conductivity of rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 45, 1439-1445. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2008.02.004
Guo, P., Wu, S., Zhang, G., Chu, C., 2021. Effects of thermally-induced cracks on acoustic emission characteristics of granite under tensile conditions. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 144, 104820. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2021.104820
Ide, J.M., 1937. The velocity of sound in rocks and glasses as a function of temperature. The Journal of Geology 45, 689-716. https://doi.org/10.1086/624595
Hatheway, A.W., 2009. The complete ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring; 1974–2006.
Kang, F., Li, Y., 2021. Grain size heterogeneity controls strengthening to weakening of granite over high-temperature treatment. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 145, 104848. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2021.104848
Liu, W., Zhu, X., Lv, Y., Tong, H., 2021. On the mechanism of thermally induced micro-cracking assisted rock cutting in hard formation. Journal of Petroleum Science and Engineering 196, 107666. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.107666
Lu, C., Jackson, I., 1998. Seismic-frequency laboratory measurements of shear mode viscoelasticity in crustal rocks II: thermally stressed quartzite and granite. In Q of the Earth: Global, Regional, and Laboratory Studies 441-473. https://doi.org/10.1007/978-3-0348-8711-3_10
Meredith, P., Daoud, A., Browning, J., Mitchell, T., 2019. Microstructural controls on thermal crack damage during temperature-cycling experiments on volcanic rocks. In Geophysical Research Abstracts 21.
Mo, C., Zhao, J., Zhang, D., 2022. Real-Time Measurement of Mechanical Behaviour of Granite During Heating–Cooling Cycle: A Mineralogical Perspective. Rock Mechanics and Rock Engineering 55, 4404-4422. https://doi.org/10.1007/s00603-022-02867-y
Qin, Y., Tian, H., Xu, N.X., Chen, Y., 2020. Physical and mechanical properties of granite after high-temperature treatment. Rock Mechanics and Rock Engineering 53, 305-322. https://doi.org/10.1007/s00603-019-01919-0
Rathnaweera, T.D., Ranjith, P.G., Gu, X., Perera, M.S.A., Kumari, W.G.P., Wanniarachchi, W.A.M., Li, J.C., 2018. Experimental investigation of thermomechanical behaviour of clay-rich sandstone at extreme temperatures followed by cooling treatments. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 107, 208-223. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2018.04.048
Ray, L., Chopra, N., Hiloidari, S., Naidu, N.N., Kumar, V., 2021. Thermal conductivity of granitoids of varying composition up to 300° C and implications for crustal thermal models. Geophysical Journal International 227, 316-332. https://doi.org/10.1093/gji/ggab191
Richter, D., Simmons, G., 1974. Thermal expansion behaviour of igneous rocks. In International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts 11, 403-411. https://doi.org/10.1016/0148-9062(74)91111-5
Sepahi, A.A., Shahbazi, H., Siebel, W., Ranin, A., 2014. Geochronology of plutonic rocks from the Sanandaj-Sirjan zone, Iran and new zircon and titanite U-Th-Pb ages for granitoids from the Marivan pluton. Geochronometria 41, 207-215. https://doi.org/10.2478/s13386-013-0156-z
Shahbazi, H., Siebel, W., Pourmoafee, M., Ghorbani, M., Sepahi, A.A., Shang, C. K., Abedini, M.V., 2010. Geochemistry and U–Pb zircon geochronology of the Alvand plutonic complex in Sanandaj–Sirjan Zone (Iran): New evidence for Jurassic magmatism. Journal of Asian Earth Sciences 39, 668-683. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2010.04.014
Siegesmund, S., Snethlage, R., 2011. Stone in architecture: properties, durability. Springer Science & Business Media. https://doi.org/10.1007/978-3-642-14475-2
Simmons, G., Cooper, H.W., 1978. Thermal cycling cracks in three igneous rocks. In International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts 15, 145-148. https://doi.org/10.1016/0148-9062(78)91220-2
Swanson, E., Wilson, J., Broome, S., Sussman, A., 2020. The complicated link between material properties and microfracture density for an underground explosion in granite. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 125(11), e2020JB019894. https://doi.org/10.1029/2020JB019894
Tian, H., Kempka, T., Xu, N.X., Ziegler, M., 2012. Physical properties of sandstones after high temperature treatment. Rock mechanics and rock engineering 45, 1113-1117.  https://doi.org/10.1007/s00603-012-0228-z
Underwood, E.E. 1973. Quantitative Stereology for Microstructural Analysis. In: McCall, J.L., Mueller, W.M. (Eds) Microstructural Analysis. Springer, Boston, MA. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-8693-7_3
Wilson, J.E., Chester, J.S., Chester, F.M., 2003. Microfracture analysis of fault growth and wear processes, Punchbowl Fault, San Andreas system, California. Journal of Structural Geology 25, 1855-1873. https://doi.org/10.1016/S0191-8141(03)00036-1
Wong, L.N.Y., Zhang, Y., Wu, Z., 2020. Rock strengthening or weakening upon heating in the mild temperature range?   Engineering Geology 272, 105619. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2020.105619
Yang, S.Q., Ranjith, P.G., Jing, H.W., Tian, W.L., Ju, Y., 2017. An experimental investigation on thermal damage and failure mechanical behaviour of granite after exposure to different high temperature treatments. Geothermics 65, 180-197. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2016.09.008
Ye, X., Yu, Z., Zhang, Y., Kang, J., Wu, S., Yang, T., Gao, P., 2022. Mineral Composition Impact on the Thermal Conductivity of Granites Based on Geothermal Field Experiments in the Songliao and Gonghe Basins, China. Minerals 12, 247. https://doi.org/10.3390/min12020247